(57)【要約】【課題】動摩擦係数の低下を招くことなく相手部材との引っ掛かりを抑止できるシンクロナイザ用摩擦摺動部材を提供する。【解決手段】摩擦摺動部材として機能するシンクロナイザリング２２の内周面２２−１にケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜３２が形成されている。これによって、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１上における潤滑油の介入を制限することができ、動摩擦係数の低下を招くことなくクラッチギヤとの引っ掛かりを抑止することができる。シンクロナイザリング２２の内周面２２−１と被膜３２との間に固体潤滑剤被膜４２が形成されていてもよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材に対して回転運動を同期させるために、摩擦摺動面にて該相手部材への摩擦力を発生するシンクロナイザ用摩擦摺動部材であって、
前記摩擦摺動面には、ケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜が形成されていることを特徴とするシンクロナイザ用摩擦摺動部材。
【請求項２】
請求項１に記載のシンクロナイザ用摩擦摺動部材であって、
前記摩擦摺動面には、固体潤滑剤被膜が形成されているとともに、該固体潤滑剤被膜上にケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜が形成されていることを特徴とするシンクロナイザ用摩擦摺動部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシンクロナイザ用摩擦摺動部材であって、
前記ケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜の厚さは１μｍ以上かつ２μｍ以下であることを特徴とするシンクロナイザ用摩擦摺動部材。
【請求項４】
第１摩擦摺動面が形成されたシンクロナイザリングと、第２摩擦摺動面が設けられた歯車と、を有し、シンクロナイザリングの第１摩擦摺動面と歯車の第２摩擦摺動面との間に発生する摩擦力によりシンクロナイザリングの回転と歯車の回転とが同期することで、変速動作が可能なシンクロメッシュ式の変速機であって、
シンクロナイザリングの第１摩擦摺動面及び歯車の第２摩擦摺動面の少なくとも一方には、ケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜が形成されていることを特徴とする変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンクロナイザ（同期噛合機構）に用いられる摩擦摺動部材、及びシンクロメッシュ式の変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のシンクロナイザ用摩擦摺動部材の一例が特開２０００−１３０４８４号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１における摩擦摺動部材は、１５体積％以上６０体積％以下の空孔率を有する。そして、相手部材と接する側の表面層には、潤滑成分を含有する樹脂層が空孔を塞がないように形成されている。これによって、高摩擦係数化を図っている。
【０００３】
その他にも、特許文献２〜４のシンクロナイザリングが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３０４８４号公報
【特許文献２】特表２０００−５０２７５２号公報
【特許文献３】特開平８−２１９１７４号公報
【特許文献４】特許第３０３３９９０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シンクロナイザ用摩擦摺動部材において、相手部材との間の動摩擦係数を高くしようとすると、相手部材との引っ掛かりが発生しやすくなってしまう。そして、この引っ掛かりの発生が原因で、変速動作を円滑に行うことが困難となってしまう。一方、相手部材との引っ掛かりを抑止しようとすると、動摩擦係数が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、動摩擦係数の低下を招くことなく相手部材との引っ掛かりを抑止できるシンクロナイザ用摩擦摺動部材を提供することを目的とする。また、本発明は、変速動作を円滑に行うことができる変速機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るシンクロナイザ用摩擦摺動部材は、相手部材に対して回転運動を同期させるために、摩擦摺動面にて該相手部材への摩擦力を発生するシンクロナイザ用摩擦摺動部材であって、前記摩擦摺動面には、ケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜が形成されていることを要旨とする。
【０００８】
本発明において、摩擦摺動面に形成する被膜としては、ケイ素（Ｓｉ）の被膜や、ケイ素化合物の被膜が挙げられる。ここでのケイ素化合物の例としては、ケイ素酸化物（例えばＳｉＯ2）やケイ素窒化物（例えばＳｉ3Ｎ4）が挙げられる。さらに、ケイ素を主成分とする被膜やケイ素化合物を主成分とする被膜も本発明に適用可能である。ただし、被膜中におけるケイ素あるいはケイ素化合物の比率（例えば重量％）が高いほど好ましい。本発明によれば、ケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜が摩擦摺動面に形成されていることにより、動摩擦係数の低下を招くことなく相手部材との引っ掛かりを抑止することができる。
【０００９】
本発明に係るシンクロナイザ用摩擦摺動部材において、前記摩擦摺動面には、固体潤滑剤被膜が形成されているとともに、該固体潤滑剤被膜上にケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜が形成されているものとすることもできる。こうすれば、摩擦摺動面での局部的な焼き付きの発生を確実に防止することができる。
【００１０】
本発明に係るシンクロナイザ用摩擦摺動部材において、前記ケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜の厚さは１μｍ以上かつ２μｍ以下であるものとすることもできる。こうすれば、コスト高を招くことなく相手部材との引っ掛かりを抑止することができる。
【００１１】
また、本発明に係る変速機は、第１摩擦摺動面が形成されたシンクロナイザリングと、第２摩擦摺動面が設けられた歯車と、を有し、シンクロナイザリングの第１摩擦摺動面と歯車の第２摩擦摺動面との間に発生する摩擦力によりシンクロナイザリングの回転と歯車の回転とが同期することで、変速動作が可能なシンクロメッシュ式の変速機であって、シンクロナイザリングの第１摩擦摺動面及び歯車の第２摩擦摺動面の少なくとも一方には、ケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜が形成されていることを要旨とする。
【００１２】
本発明によれば、シンクロナイザリングの第１摩擦摺動面及び歯車の第２摩擦摺動面の少なくとも一方にケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜が形成されていることにより、シンクロナイザリングの第１摩擦摺動面と歯車の第２摩擦摺動面との間に関して、動摩擦係数の低下を招くことなく引っ掛かりを抑止することができるので、変速動作を円滑に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１４】
図１〜３は、本発明の実施形態に係るシンクロナイザ用摩擦摺動部材を含む変速機の構成の概略を示す図である。図１はシンクロメッシュの概略図を示し、図２はシンクロナイザリング及びクラッチギヤの斜視図を示し、図３はシンクロナイザリングの内周面の断面図を示す。本実施形態に係る変速機は、シンクロメッシュ式の変速機であり、シャフト１０、クラッチハブ１２、スリーブ１４、セレクタ１６、シンクロナイザキー１８、ばね２０、シンクロナイザリング２２、及びクラッチギヤ２４を備えている。
【００１５】
シンクロナイザリング２２においては、その内周面２２−１がコーン状の傾斜面となっている。この内周面２２−１がクラッチギヤ２４への摩擦力を発生するための摩擦摺動面として機能する。そして、シンクロナイザリング２２の外周面２２−２には、スリーブ１４と噛み合うための歯２２−３が設けられている。シンクロナイザリング２２の材質としては、例えば黄銅材が用いられる。また、図１〜３では省略しているが、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１には、面圧を高めるために、溝がシャフト１０方向に間隔をおいて形成されていてもよい。
【００１６】
クラッチギヤ２４には、コーン状の傾斜外周面であるギヤコーン面２４−１が設けられている。このギヤコーン面２４−１がシンクロナイザリング２２への摩擦力を発生するための摩擦摺動面として機能する。そして、クラッチギヤ２４にもスリーブ１４と噛み合うための歯２４−２が設けられている。クラッチギヤ２４の材質としては、例えばＳＣＭ４１５が用いられ、浸炭焼入れ焼戻しが行われている。
【００１７】
シンクロメッシュ式の変速機においては、セレクタ１６を介してスリーブ１４がいずれかのシンクロナイザリング２２側（図１ではＡ方向側）へ動かされると、シンクロナイザキー１８がスリーブ１４と同方向に移動することにより、シンクロナイザリング２２もスリーブ１４と同方向に移動する。このシンクロナイザリング２２の移動によりシンクロナイザリング２２の内周面２２−１がクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１に押し付けられることで、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１とクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１との間に摩擦力が発生し、シンクロナイザリング２２とクラッチギヤ２４との回転の同期化が行われる。スリーブ１４がさらに移動すると、スリーブ１４の歯１４−１がシンクロナイザリング２２の歯２２−３に接触することで、スリーブ１４とシンクロナイザリング２２との回転の同期化が行われる。このとき、シンクロナイザキー１８はスリーブ１４から外され、ばね２０の力によりスリーブ１４側へ押さえ付けられる。スリーブ１４、シンクロナイザリング２２、及びクラッチギヤ２４で回転が同期すると、スリーブ１４の歯１４−１がシンクロナイザリング２２の歯２２−３及びクラッチギヤ２４の歯２４−２と噛み合い、変速動作が完了する。なお、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１とクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１との間には、潤滑油が供給されている。
【００１８】
このように、本実施形態に係る変速機においては、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１とクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１との間に発生する摩擦力によりシンクロナイザリング２２の回転とクラッチギヤ２４の回転とが同期することで、変速動作が可能である。なお、上記に説明した同期動作及び変速機の他の構成については既知のものであるため、より詳細な説明を省略する。
【００１９】
本実施形態においては、摩擦摺動部材として機能するシンクロナイザリング２２の内周面２２−１にケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜３２が形成されている。ここで形成される被膜３２の具体例としては、ケイ素（Ｓｉ）の被膜や、ケイ素化合物の被膜等が挙げられる。そして、ケイ素化合物の具体例としては、ケイ素酸化物（例えばＳｉＯ2）やケイ素窒化物（例えばＳｉ3Ｎ4）等が挙げられる。さらに、ケイ素を主成分とする被膜やケイ素化合物を主成分とする被膜もシンクロナイザリング２２の内周面２２−１に形成することができる。ただし、被膜３２中におけるケイ素あるいはケイ素化合物の比率（例えば重量％）が高いほど好ましい。上記に挙げた被膜３２をシンクロナイザリング２２の内周面２２−１に形成することにより、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１とクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１との間における潤滑油の介入を制限することができる。なお、図３（Ａ）では、一例としてケイ素酸化物の被膜３２を形成した場合を示している。
【００２０】
また、本実施形態において、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１には、固体潤滑剤被膜４２が形成されているとともに、固体潤滑剤被膜４２上にケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜３２が形成されていてもよい。ここでの固体潤滑剤被膜４２の例としては、ＭｏＳ2、ＰＴＦＥ、グラファイト、ＷＳ、ＢＮの少なくとも１つとバインダーとで構成される被膜が挙げられる。シンクロナイザリング２２の内周面２２−１に固体潤滑剤被膜４２を形成することにより、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１における局部的な焼き付きの発生を確実に防止することができる。なお、図３（Ｂ）でも、ケイ素酸化物の被膜３２を形成した例を示している。
【００２１】
なお、被膜３２の厚さについては、１〜２μｍで潤滑油の介入を制限する機能は十分に果たす。一方、１μｍより薄いと潤滑油の介入を制限する機能が不十分であり、２μｍより厚いとコストアップの要因となる。したがって、被膜３２の厚さは、１μｍ以上かつ２μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
また、固体潤滑剤被膜４２の厚さについては、５μｍより薄いと膜の均一性が保てなくなり、５０μｍより厚いとシンクロナイザリング２２からの耐剥離特性が低下する傾向にある。したがって、固体潤滑剤被膜４２の厚さは、５μｍ以上かつ５０μｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
ここで、本願発明者は、被膜３２の形成による引っ掛かり抑止効果を確認するための実験を行った。
【００２４】
「被膜の形成」
まずペルヒドロポリシラザン−（ＳｉＨ2ＮＨ）−をキシレンまたはシクロヘキサンに２０重量％溶解した溶液を作成する。次に、この溶液中にシンクロナイザリング２２を浸漬させる。その後、シンクロナイザリング２２を１００〜２５０℃で乾燥させる。以上の工程によって、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１にケイ素酸化物（ＳｉＯ2）の被膜３２を形成した。以下、このケイ素酸化物（ＳｉＯ2）の被膜３２を形成した例を実施例１とする。
【００２５】
また、Ｎメチル２ピロリドンとメチルエチルケトンを溶媒とし、バインダーとしてポリアミド樹脂、固体潤滑剤としてＭｏＳ2を１０重量％添加して溶液を作成する。次に、この溶液をシンクロナイザリング２２の内周面２２−１にスプレーコーティングして２００℃で乾燥させる。その後は、実施例１と同様の工程を行う。以上の工程によって、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１に固体潤滑剤被膜４２を形成するとともに固体潤滑剤被膜４２上にケイ素酸化物（ＳｉＯ2）の被膜３２を形成した。以下、この固体潤滑剤被膜４２及びケイ素酸化物（ＳｉＯ2）の被膜３２を形成した例を実施例２とする。
【００２６】
「引っ掛かり特性確認実験」
上記の実施例１，２及び比較例（被膜３２無し）に関して、以下に説明する引っ掛かり特性（静摩擦特性）を確認する実験を行った。まず実車相当の慣性重量が付加されたクラッチギヤ２４を回転させる。次に、回転していないシンクロナイザリング２２の内周面２２−１をクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１に所定の推力で押し付けることにより、クラッチギヤ２４の回転を停止させる。その後、停止したクラッチギヤ２４を回転させるときにシンクロナイザリング２２（あるいはクラッチギヤ２４）に作用するトルクを測定する。以上の動作を繰り返し、停止したクラッチギヤ２４を回転させるときに発生するピークトルクがどれだけ早期に（上記の動作を何回繰り返せば）なくなるかを調べた。なお、潤滑油は市販のものを使用し、潤滑油が十分に暖まった状態で実験を行った。
【００２７】
「動摩擦特性確認実験」
上記の実施例２及び比較例（被膜３２無し）に関して、以下に説明する動摩擦特性を確認する実験を行った。一定回転しているクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１にシンクロナイザリング２２の内周面２２−１を所定の推力で押し付ける。このとき、クラッチギヤ２４からシンクロナイザリング２２に伝達されるトルクを測定し、このトルクから動摩擦係数を算出した。なお、上記の動作及び動摩擦係数の算出は繰り返し行った。また、潤滑油は市販のものを使用し、潤滑油が十分に暖まった状態で実験を行った。
【００２８】
引っ掛かり特性確認実験の結果を図４に、動摩擦特性確認実験の結果を図５に示す。ただし、図４では、ピークトルクがなくなるまでの繰り返し回数を比較例における回数で割った値で（比較例の結果を１として）実施例１，２の結果を図示している。
【００２９】
図４に示すように、実施例１，２では、比較例より極めて早期に（比較例の約１／１０の繰り返し回数で）ピークトルクがなくなっている。したがって、実施例１，２のシンクロナイザリング２２によって、静摩擦係数を低下させることができ、非常に優れた引っ掛かり特性（静摩擦特性）を得ることができる。なお、シンクロナイザリング２２を押し付けるときの推力が大きいほどピークトルクは早期になくなる。ただし、シンクロナイザリング２２を押し付ける推力を大きくしすぎると、実施例１では、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１及びクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１における局部的な焼き付きが発生しやすくなる傾向にある。一方、実施例２では、シンクロナイザリング２２を押し付ける推力を大きくしても局部的な焼き付きは発生しなかった。
【００３０】
また、図５に示すように、実施例２では、比較例と同等の動摩擦係数が確保されている。したがって、本実施形態によれば、動摩擦係数の低下を招くことなく静摩擦係数を低下させることができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態においては、摩擦摺動部材として機能するシンクロナイザリング２２の内周面２２−１にケイ素あるいはケイ素化合物を主成分とする被膜３２が形成されている。これによって、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１上における潤滑油の供給を適度に排除することができ、クラッチギヤ２４との引っ掛かりを抑止することができる。したがって、変速動作を円滑に行うことができる。また、その際に、動摩擦係数の低下を招くこともない。
【００３２】
さらに、本実施形態においては、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１と被膜３２との間に固体潤滑剤被膜４２が形成されている。これによって、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１及びクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１における局部的な焼き付きの発生を確実に防止することができる。
【００３３】
以上の説明においては、被膜３２のみまたは固体潤滑剤被膜４２及び被膜３２をシンクロナイザリング２２の内周面２２−１に形成した場合を説明した。ただし、本実施形態においては、クラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１の方に被膜３２のみまたは固体潤滑剤被膜４２及び被膜３２を形成してもよい。さらに、シンクロナイザリング２２の内周面２２−１及びクラッチギヤ２４のギヤコーン面２４−１両方に、被膜３２のみまたは固体潤滑剤被膜４２及び被膜３２を形成してもよい。
【００３４】
また、被膜３２の形成方法については、実施例１，２で説明した溶液への浸漬の他に、ＰＶＤ処理やＣＶＤ処理によって被膜３２を形成することも可能である。さらに、ケイ素のグリースを塗布することによっても形成可能である。
【００３５】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】変速機のシンクロメッシュの概略構成を示す図である。
【図２】シンクロナイザリング及びクラッチギヤの概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態におけるシンクロナイザリングの内周面の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるシンクロナイザリングの引っ掛かり特性の実験結果を示す図である。
【図５】本発明の実施形態におけるシンクロナイザリングの動摩擦特性の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  シャフト、１２  クラッチハブ、１４  スリーブ、１６  セレクタ、１８  シンクロナイザキー、２０  ばね、２２  シンクロナイザリング、２４  クラッチギヤ、３２  被膜、４２  固体潤滑剤被膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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